风电机组中空夹层钢管混凝土塔筒钢板稳定性能研究

为研究风电机组中空夹层钢管混凝土塔筒钢板在轴压荷载作用下的稳定性能,完成了1片中空夹层钢管混凝土塔筒缩尺试件的轴压试验,得到了内、外钢板的局部失稳破坏模式及稳定性能承载能力。采用ABAQUS建立了试件的有限元模型,模拟结果与试验得到的破坏模式和荷载-位移曲线吻合良好在此基础上进一步开展了有限元参数分析,研究了钢板曲率半径、钢板屈服强度、钢板厚度、栓钉竖向间距等参数对中空夹层钢管混凝土塔筒钢板在轴压荷载下峰值强度的影响规律,并对比了参数敏感性以找出关键设计变量,为构件设计方法的研究奠定基础:以期推动基于边缘加劲组合壳体的新型风电混合塔筒在工程中的应用。     

新型装配式钢板组合剪力墙轴压受力性能分析

新型钢板组合剪力墙是装配式构件中的一种新型抗侧力构件,为了研究该新型结构构件的设计参数对承载力的影响,采用大型有限元软件ABAQUS建立钢板组合剪力墙的有限元模型进行模拟分析,模型中混凝土和钢板均采用实体模型模拟,考虑了材料非线性。研究了钢板组合剪力墙的轴压受力机理,模拟了组合剪力墙的轴压性能,分析不同设计参数包括隔板横向间距、钢板厚度、墙体宽度、混凝土强度等级对试件承载力的影响。分析结果表明:所建立的有限元模型能较好地模拟组合墙的轴压性能,钢板厚度、墙体宽度和混凝土等级对承载力影响较为明显,均与试件的承载力呈线性关系,适中的隔板横向间距能保证该新型组合剪力墙具有最大的承载能力。     

钢板-混凝土组合板受弯性能试验研究

以钢板代替受力钢筋,通过栓钉将外侧钢板与内部混凝土板相连,二者共同作用形成钢板-混凝土组合板。根据钢板布置形式的不同,可将钢板-混凝土组合板分为单面钢板-混凝土组合板（SSC）和双面钢板-混凝土组合板（DSC）。通过对4个SSC试件和3个DSC试件的受弯试验研究,分析了不同钢板厚度、抗剪连接程度以及构造钢筋配置对组合板受弯性能和破坏形态的影响。试验结果表明,按完全抗剪连接设计的试件破坏形态与适筋梁相似,具有良好的受弯承载能力和延性;当受拉区钢板采用部分抗剪连接设计时,剪跨区栓钉易剪断导致承载力明显降低;当受压区钢板采用部分抗剪连接设计时,顶层钢板易发生局部屈曲,导致试件承载力和延性有所降低。基于试验结果,给出了钢板-混凝土组合板的受弯承载力计算式,计算值与试验值吻合较好。     

采用增强槽钢连接件的双钢板-混凝土组合梁受弯性能研究

为了解决常规双钢板-混凝土组合结构整体性不足的问题,提出了一种采用增强槽钢连接件的双钢板-混凝土组合结构。为研究该组合结构受弯性能,对6根采用增强槽钢剪力连接件的双钢板-混凝土组合梁开展四点弯曲试验。研究参数为核心混凝土种类(超高性能混凝土及普通混凝土)、剪跨比、钢板厚度及连接件间距。试验结果表明：合理控制距厚比和剪跨比,试件将呈现弯曲破坏形式,并展现出良好的延性,增加钢板厚度和核心混凝土强度,截面受弯承载力得到提升。提出了该双钢板-混凝土组合梁受弯承载力理论分析模型,与试验结果比较表明,该理论分析模型能较好计算该组合梁承载力。同时,基于ABAQUS软件建立采用增强槽钢连接件双钢板-混凝土组合梁精细化有限元分析模型,与试验结果验证表明,该分析模型能精确模拟组合梁受力性能,可为该种组合结构的设计与应用提供基础。     

核电工程钢板混凝土组合剪力墙面外弯剪性能试验研究

设计并进行了3个1/5缩尺模型的核电工程结构的巨厚双钢板混凝土组合墙体面外低周往复拟静力试验,分析了轴压力、混凝土强度对墙体的破坏形式、开裂荷载、极限承载能力、延性以及耗能能力的影响。研究表明:在面外荷载作用下,巨厚双钢板混凝土组合墙体出现典型的脆性破坏、延性较差、耗能能力较弱;适当地提高轴压力能有效地提高墙体的抗裂性能和一定程度地提高其极限承载能力;混凝土强度变化对该结构墙体开裂荷载影响不明显,但提高混凝土强度能一定程度地提高墙体的极限承载能力。     

带约束拉杆钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

为研究带约束拉杆钢板-混凝土组合剪力墙的抗震性能,制作10个钢板之间采用八螺母螺栓连接的钢板-混凝土组合剪力墙试件并对其进行拟静力试验,研究试件的破坏模式、变形能力及耗能能力,得到试件的滞回曲线、承载力、骨架曲线、刚度退化曲线、位移延性系数以及累计耗能曲线等,分析高宽比、约束拉杆间距、钢板厚度、核心混凝土厚度、轴压比及边缘增设型钢对试件抗震性能的影响。结果表明：钢板之间采用八螺母螺栓连接可行,带约束拉杆钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能较好,随高宽比降低、约束拉杆间距减小、钢板厚度增大、核心混凝土增厚及边缘增设型钢,其抗震性能增强;端部增设型钢可显著提高试件承载力;减小约束拉杆间距可显著提高试件的延性。     

钢框架双钢板内填混凝土剪力墙抗震性能分析

应用ABAQUS有限元软件,对钢框架双钢板组合剪力墙试件进行模拟计算。通过改变结构中内填混凝土板厚度、钢板厚度、混凝土强度及剪跨比等参数来分析结构的骨架曲线、滞回曲线和刚度退化曲线。计算结果表明:试件极限承载力受钢板厚度以及剪跨比的影响较大,受混凝土强度等级和混凝土板厚度影响较小;试件钢板厚度越大、剪跨比越小、混凝土板厚度增大、混凝土强度等级提高,试件的滞回曲线饱满,耗能能力较强,抗震性能较好。     

双钢板内填混凝土T形短肢剪力墙框架结构 抗震性能研究

为了研究双钢板内填混凝土T形短肢剪力墙框架结构在水平往复荷载作用下的抗震性能,设计了19个短肢剪力墙框架试件,应用ABAQUS有限元分析软件建立了分析模型,对试件施加竖向荷载和水平往复荷载。分析了钢板厚度、墙肢肢厚比和墙肢连梁刚度比等参数对试件抗震性能的影响。结果表明:提高钢板的厚度可有效提高试件的抗震性能和延性;控制肢厚比为6～7时可有效提高试件的承载能力和抗震性能,继续增大之后影响不大;控制结构墙肢连梁刚度比为10～15时可以有效提高试件极限荷载和延性,继续增大刚度比之后,试件的极限荷载和延性均下降。     

八角形中空钢管混凝土组合柱轴压力学性能

通过对八角形中空钢管混凝土组合柱与八角形中空钢筋混凝土柱对比试件进行了轴心受压试验与有限元分析,重点研究了八角形中空钢管混凝土组合柱的试验现象、试验全曲线、受力全过程以及试件各部分接触作用,并基于修正的GB 50010—2010《混凝土结构设计规范》计算并对比分析了试件的承载力与轴压刚度。结果表明：轴压荷载作用下,混凝土、纵筋与内钢板能够协同工作;中空方形高强RC短柱表现出较高的承载力和刚度;截面尺寸与混凝土强度对构件承载力、轴压刚度和延性影响显著,内钢板厚度对其承载力、刚度和延性影响不明显;采用修正的《混凝土结构设计规范》对该类构件承载力预测结果较为保守,对轴压刚度预测较好。     

双钢板-混凝土组合剪力墙抗震性能试验研究

提出一种新型的配置L形拉结件的双钢板-混凝土组合剪力墙。通过两组共6个双钢板-混凝土组合剪力墙试件的拟静力试验,对此新型组合剪力墙的抗震性能进行了研究。试件改变参数主要为轴压比和连接件间距,在试验的基础上对试件的破坏形态、承载能力、滞回曲线、骨架曲线、刚度退化曲线等进行分析。试验研究表明：L形拉结件的配置既能增强外包钢板对核心内混凝土的约束作用又能抑制外包钢板的屈曲,充分保证了外包钢板和混凝土之间的协同工作,此新型组合剪力墙具有较高的承载力,较好的延性及耗能能力。在达到峰值荷载之前,墙体钢板未发生明显的局部屈曲变形,最终组合剪力墙均因端柱屈曲拉裂而开始破坏;破坏时极限位移角的平均值为1/58;随着距厚比减小,试件的水平承载力和延性系数均显著提高。     

钢管混凝土桁架新型节点试验研究

对6个圆形钢管节点板式节点和6个钢管混凝土节点板式节点进行了对比试验研究。试验结果表明:空钢管试件在达到极限荷载时,节点板下空钢管发生严重局部屈曲而丧失承载力;钢管混凝土节点则在节点板下只发生轻微局部屈曲现象,具有较高的承载力。相比之下,钢管混凝土的承载力明显高于空钢管的承载力,并具有更好的延性性能。在钢管混凝土桁架中采用节点板式节点可比相贯节点更加方便、可靠。     

不锈钢管中管混凝土海洋平台导管腿轴压性能试验研究

不锈钢具有良好的耐腐性与变形能力,为研究海洋平台新型不锈钢导管腿轴压性能,通过12根不锈钢管中管混凝土柱的轴压力学性能试验,分析了空心率、混凝土强度、外钢管径厚比和材质对不锈钢管中管混凝土短柱轴压破坏模式、承载力等力学性能的影响。研究结果表明：不锈钢管中管混凝土短柱呈腰鼓型破坏,其塑性变形与屈服后应化强度比普通钢试件显著,但初始刚度比普通钢试件小;空心率和径厚比越小,试件承载力越大,空心率由0增加到0.61,试件承载力下降21%;径厚比由34减小到14,试件承载力提高63%;混凝土强度越高,试件承载力越大,混凝土由43.82MPa提高到59.37MPa,试件承载力提高11%。有限元模拟所得荷载-位移关系曲线、破坏形态和承载力均与试验结果吻合较好。     

圆钢管混凝土K型焊接管板节点受力性能试验

为研究格构式钢管混凝土风力发电机塔架K型焊接管板节点的受力性能,进行了4个圆钢管混凝土K型焊接管板节点的单调静力加载试验和1个空心圆钢管K型焊接管板节点的对比试验,探讨了该类节点的破坏模式、极限承载力以及节点区应力分布和发展规律,研究了各试验参数对节点受力性能的影响。试验结果表明:塔柱内混凝土的填充使得焊接管板节点的破坏模式由节点交汇处塔柱管壁塑性变形失效转变为节点板失效和腹杆失效;节点的极限承载力大幅增加,变形减小;节点几何参数和构造参数的变化对试件受力性能的影响较大;当节点板中部设置加劲肋时,节点的承载力提高,节点板平面外失稳得以避免;当节点极限承载力由腹杆屈曲或屈服承载力控制时,在一定范围内随着腹杆与塔柱管径比和壁厚比的增加,节点的承载力提高。     

内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压性能试验研究

为提高异形截面钢管混凝土柱的轴压承载力,提出内置钢骨组合异形截面钢管混凝土柱。考虑套箍指标、配骨率等参数的影响,设计制作12个内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱及3个未配置钢骨的组合L形截面钢管混凝土短柱两类试件;通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向应变曲线和承载力,分析各参数对试件力学性能的影响,并对比两类组合柱轴压性能的差异。在试验研究基础上,参考国内外相关规范,提出内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算式。研究表明,内置钢骨组合L形截面钢管混凝土短柱轴压承载力高,增大套箍指标和配骨率可以明显提高试件承载力,所提出的承载力计算式可供工程设计参考。     

GFRP管-煤矸石混凝土-钢管空心柱轴压试验

以煤矸石混凝土替代普通混凝土制备了GFRP管-煤矸石混凝土-钢管空心柱(GGCSC),并对GGCSC试件进行了轴心受压试验,通过研究GFRP管壁厚、空心率、钢管壁厚与混凝土类型对GGC-SC试件轴心受压性能的影响,得出试件承载力、应变及位移等试验数据;对比了GGCSC与GFRP管-普通混凝土-钢管空心柱轴心受压性能的差...     

Experiments on rectangular concrete-filled steel tubes loaded axially on a partially stressed cross-sectional area

The present paper aims to experimentally investigate the behaviour of rectangular concrete-filled steel tubular (RCFST) stub columns loaded axially on a partially stressed cross-sectional area. A total of twenty-two specimens, including thirteen partially loaded composite specimens, six partially loaded plain concrete reference specimens and three corresponding fully loaded composite specimens, were tested under concentric loads. The main parameters varied in the tests are: (1) depth-to-width ratio of the rectangular sections: from 1.2 to 1.8; (2) partial compression area ratio (concrete cross-sectional area to partial compression area): from 1.44 to 17.42; (3) steel wall thickness of top endplate: from 0 mm to 12 mm; and (4) shape of the bearing plate for partial compression: rectangular and strip. The test results showed that, while being loaded on partial cross-sectional area, RCFST stub column had a favourable bearing capacity and ductility compared with the corresponding plain concrete specimens. Simplified formulae were used for the prediction of the ultimate strength of CFST stub columns loaded on partial cross-sectional area.     

格栅管式双钢板混凝土组合剪力墙抗震性能试验

制作了3榀格栅管式双钢板混凝土组合剪力墙试验试件,并开展组合剪力墙的低周反复水平荷载试验,绘制出了试件的滞回曲线及骨架曲线。结果表明:格栅管式双钢板混凝土组合剪力墙具有承载能力高、延性好和耗能能力强等优点;新型组合剪力墙可充分发挥格栅式钢墙板和管内混凝土的材料性能,管内混凝土处于三向受压状态,提高了混凝土的抗压强度和延性,外侧钢墙板承担全部拉应力,管内混凝土承担全部压应力,协同工作优势互补;在1/25 rad位移角状态下循环加载80次,新型组合剪力墙塑性铰区域的管内混凝土没有明显的损坏,试验全过程没有任何异响,说明新型组合剪力墙在罕遇地震时也具有良好的工作性能和抗震延性;格栅管式双钢板混凝土组合剪力墙可实现高轴压比、高延性和薄墙厚的抗震剪力墙设计要求。     

多边多腔钢管自密实高强混凝土短柱轴心受压性能试验研究

以天津高银117大厦巨型柱为原型,按1/20缩尺设计制作7个多边多腔钢管自密实高强混凝土短柱试件。通过轴心受压试验,考察了试件的破坏形态,实测试件的荷载-变形曲线、荷载-应变曲线,研究了试件轴压性能,分析了混凝土强度、钢管壁厚度、有无钢筋笼等参数对试件承载力的影响。研究表明,多边多腔钢管自密实高强混凝土短柱轴心受压全过程大致分为四个阶段;在达到90%极限承载力之前,试件外形无明显变化;提高混凝土强度对试件承载力的提高作用最为明显,有无钢筋笼对试件承载力的影响不明显,增加钢管壁厚度不仅可以提高试件承载力,而且可以显著改善试件延性。基于试验结果,参考国内外相关规范,建立了多边多腔钢管自密实高强混凝土短柱轴心受压承载力实用计算公式,可供实际工程设计参考。     

Tests of concrete-filled stainless steel tubular T-joints

This paper describes a test program on a wide range of concrete-filled cold-formed stainless steel tubular T-joints fabricated from square hollow section (SHS) and rectangular hollow section (RHS) brace and chord members. A total of 27 tests was performed. The chord member of the test specimen was filled with concrete along its full length. Both high strength stainless steel (duplex and high strength austenitic) and normal strength stainless steel (AISI 304) specimens filled with nominal concrete cylinder strength of 30 MPa were tested. The axial compression force was applied to the top end of the brace member, which was welded to the center of the chord member. Local buckling failure of brace member was the main failure mode observed during the tests. Hence, the axial compression force was then applied by means of a steel bearing plate to avoid failure of brace member. The failure modes of chord face failure and chord side wall failure as well as crushing of the concrete infill were observed. All the tests were performed by supporting the chord member of the specimen along its entire length to apply the pure concentrated force without any bending moment. The test results were also compared with design rules for carbon steel tubular structures, which is the only existing design guideline for concrete-filled tubular joints. It is shown that the design strengths predicted by the current design rules are quite conservative for the test specimens. It is also recommended that the contribution of stainless steel tubes should be included in the design rules since it has significant effects on the ultimate bearing capacity of concrete-filled stainless steel tubular T-joints.     

钢骨-T形钢管混凝土短柱轴心受压试验研究

为避免柱角凸出室内,方便房间布置,提出一种适用于中高层建筑的重载组合柱———钢骨-T形钢管混凝土柱。考虑配骨指标、套箍指标等参数的影响,应用正交试验方法设计试验构件,通过轴心受压试验,考察试件的破坏形态,实测试件的荷载-纵向应变曲线和强度承载力,分析各参数对试件轴心受压力学性能的影响。通过试验值的回归和理论计算值的比较,提出钢骨-T形钢管混凝土短柱轴心受压承载力计算公式。试验表明,钢管、混凝土和钢骨三者能很好地协同工作,柱承载力较高。所提出的计算公式可供工程设计参考。